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CABINET EXATIS 33
Pathologie de la charpente, désordres
Pathologie concernant la charpente
Fiches Pathologie
Fiches détails
Charpentes en lamellé-collé : de la fissuration à la rupture
Constat
Le risque de rupture d'un élément en lamellé-collé est heureusement rare. Mais il n'en faut pas moins se préoccuper des fissures constatées sur certaines pièces, afin d'en déterminer la ou les causes et d'en apprécier l'éventuelle gravité.
Il faut distinguer :
• les gerces de dessiccation en partie courante et au droit des assemblages ;
• les délaminages ;
• les fentes, amorces de futures ruptures.
Diagnostic
Les gerces de dessiccation
Le lamellé-collé reste un matériau à base de bois sensible à l'humidification et au séchage : mis dans une ambiance sèche, le bois va progressivement perdre son humidité et se rétracter jusqu'à présenter des «gerces de dessiccation». Ces gerces peuvent se produire soit en partie courante, soit au droit d'assemblages importants bloquant le retrait hydrique des bois.
Les délaminations
Les délaminations sont la conséquence d'un défaut de fabrication en usine, plus précisément d'un mauvais collage entre les lamelles constituant un élément. L'encadrement, via le marquage CE, des procédures d'autocontrôle de la fabrication a rendu ce phénomène rare de nos jours. La délamination peut avoir plusieurs causes :
• lamelles mal préparées ;
• colle en quantité insuffisante ;
• serrage insuffisant en termes d'intensité ou de durée ;
• température non contrôlée pendant la fabrication.
Les fentes sont le signe d'un comportement anormal du bois
Le mode de travail de l'élément considéré doit déjà pouvoir renseigner sur la cause possible de la fissuration. Notamment une sollicitation en traction transversale a été longtemps un élément défavorable de par la surestimation maintenant bien connue de la contrainte admissible correspondante qui existait dans les règles CB71.
Cette surestimation a depuis été revue : la définition des classes de résistance et les contraintes admissibles associées sont fixées par la NF P 21-400 qui prévoit, pour la traction transversale, une valeur de 0,15 à 0,30 MPA suivant la classe des bois utilisée.
L'évaluation de l'importance de ces fentes et des modalités de leur réparation peut se faire en référence aux «Recommandations pour la réparation de bois LC structural présentant des fissures et des fentes », émanant du SNCCBLC.
Les bonnes pratiques
Bien concevoir et préparer la charpente
Choix des essences et traitement des bois adaptés aux classes d'utilisation.
Une exposition en classe H3 ou H4 nécessite un traitement préalable des lamelles en autoclave vide et pression avant fabrication.
Fabrication des éléments dans un état hygroscopique proche de l'état d'équilibre qu'ils auront en service.
Transport et montage évitant les reprises d'humidité.
Conception d'assemblage permettant au bois de se rétracter.
Porter une attention particulière aux sollicitations qui engendrent des efforts de traction transversale et de cisaillement longitudinal dans les plans de collage.
L'essentiel
Adapter les bois aux utilisations envisagées.
Fabriquer les éléments à une température hygroscopique proche des conditions d'utilisation finale.
À consulter
DTU Règles CB 71 : Charpentes en bois - Règles de calcul et de conception.
NF EN-14080 : Structures en bois - Bois lamellé-collé - Exigences.
NF EN 1194 : Structure en bois - Bois lamellé-collé.
NF P21-400 : Bois de structure et produits à base de bois.
Déformation de fermettes industrielles
ConstatLa couverture peut présenter des déformations visibles, avec des tuiles qui ne sont plus alignées : c'est le signe d'une déformation (fléchissement, déversement) de la charpente industrialisée.
Cette pathologie devient heureusement plus rare, grâce au durcissement des règles de l'art et aux progrès de la profession : fixation plus encadrée des fermettes sur le gros œuvre, recours systématique aux plans de pose.
En revanche, on recense des sinistres en rénovation, lorsque l'aménagement des combles entraîne une coupe des fermettes exécutée sans discernement, sans étude spécifique des principes de stabilité forcément affectés.
Diagnostic
Les charpentes industrialisées en bois assemblées par des connecteurs métalliques sont utilisées pour les maisons d'habitation, mais aussi des bâtiments plus vastes tels que des magasins ou des hangars.
La plupart des déformations affectant ces fermettes proviennent du flambement ou du déversement des pièces comprimées (arbalétriers, diagonales). En effet, le poids de la couverture et des plafonds génèrent dans les barres constituant les fermettes des efforts de traction ou de compression. Or, les pièces de bois utilisées sont parfois de faible épaisseur (36 mm) et pourtant longues de plusieurs mètres. La compression qui transite dans ces pièces peut provoquer un flambement : un arbalétrier se déforme, il entraîne ses voisins attachés par les liteaux et c'est l'ensemble de la charpente qui est affecté.
Le phénomène peut conduire à un effondrement de la toiture, notamment lorsque les pointes de pignons ne sont pas construites en dur et ne peuvent donc s'opposer aux poussées (déversement). La situation peut devenir critique par temps de vent.
Pour s'opposer à ces déformations, il convient donc de mettre en œuvre des barres anti-flambement et de contreventement, conformément au plan de pose fourni par le fabricant.
Déformations des charpentes en bois assemblées sur chantier
Constat
Les déformations des ouvrages en bois se manifestent davantage par leur nuisance esthétique (creux de toiture, flèche d'un plafond) que par une réelle atteinte à la solidité des ouvrages. Par ailleurs, l'emploi massif des fermettes en construction individuelle rend ces désordres plus rares.
Diagnostic
Les causes peuvent être différentes selon les deux grandes catégories d'ouvrages de charpente :
Les éléments fléchis
Éléments fléchis
Pannes, chevrons, solives de plancher, …
Leur dimensionnement découle du respect des déformations admissibles dictées par la réglementation (DTU Règles CB 71).
1/150 pour les parties d'ouvrage en console ne supportant pas de circulation régulière (auvent).
1/200 pour les pièces supportant directement des éléments de couverture (chevrons, liteaux).
1/300 pour les pannes et les pièces supportant des éléments verriers.
1/400 pour les ouvrages fléchis, autres que les consoles, supportant une circulation régulière ou un remplissage.
1/500 pour les pièces support d’autres éléments porteurs (poutre de reprise,…) et d'éléments fragiles déterminés par les DTU ou documents particuliers du marché.
Encore ne faut-il pas oublier :
que l'humidité anormale d'un bois lors de sa pose est un facteur aggravant quant aux déformations futures et que tout élément en bois est sujet au fluage sous charge de longue durée ;
qu'une panne ne travaille pas de la même façon, qu'elle soit posée verticalement (flexion simple) ou selon la pente de la toiture (flexion déviée), alors même que rien n'est prévu pour reprendre sa flexion transversale.
Les systèmes triangulés (fermes de combles perdus ou aménageables)
Il s’agit des systèmes dont les barres travaillent principalement selon des efforts axiaux, mais dans la conception desquels il faut tenir compte des glissements d'assemblage nécessaires à leur mise en charge.
Leur dimensionnement et l'approche de leur déformation doivent prendre en compte les glissements d'assemblage qui accompagnent la mise en charge des assembleurs (boulons, pointes, …).
Beaucoup plus rare, un défaut de préservation du bois peut entraîner sa dégradation progressive et, par voie de conséquence, des déformations.
Les bonnes pratiques
Veiller au bon dimensionnement des ouvrages de charpente (et à la compatibilité de norme avec le référentiel de dimensionnement choisi, Eurocode 5 ou CB 71)(schéma 3).
Choisir le bon matériau bois. Ce choix est primordial dans les systèmes fléchis. Le bois de structure doit répondre à des caractéristiques (nœud, fil du bois…) bien particulières qui permettent d'estimer sa résistance aux sollicitations auxquelles il sera exposé.
Appliquer le traitement de préservation adéquat. En fonction de l'usage auquel il est destiné, il faut déterminer sa classe d'exposition (1 à 5) et en tirer les conséquences en terme de choix d'essence et de traitement.
Une attention au risque Termites doit être apportée dans certaines régions où l'utilisation de bois résistant aux termites, ou traités en conséquence, constitue une obligation.
Mesurer les conséquences du mode de pose. À portée égale, certains modes de pose peuvent générer des contraintes plus importantes dans le bois (flexion déviée).
Bien concevoir et exécuter les dispositifs d'assemblage dont la précision est indispensable à la stabilité des fermes. Outre le choix du dispositif (nature : boulons, crampons, clous...), leur protection (galvanisation, peinture…), leur dimensionnement et leur positionnement par rapport au bord de la pièce doivent particulièrement être étudiés en fonction des efforts à reprendre.
Les déformations des fermes (totalement triangulées ou non) sont en bonne partie fonction des glissements d'assemblage. Il faut donc limiter les « jeux » en cours de pose, et notamment adapter au plus juste les trous devant recevoir les boulons.
Porter attention à l'humidité du bois. Si on veut se prémunir des disgracieuses « gerces de dessiccation » et de déformations plus importantes que celles prévues, il est primordial de mettre en œuvre des bois dont l'humidité sera la plus proche possible de celle qu'il aura à l'équilibre.
Entretenir régulièrement et utiliser dans des conditions normales les ouvrages, pour une bonne durabilité.
Assurer un bon encrage de la charpente au gros œuvre.
L'essentiel
Bien dimensionner les ouvrages.
Traiter les bois.
Porter attention à la conception et aux assemblages de l'ouvrage.
Entretenir régulièrement.
À consulter
Arrêté du 27 juin 2006 relatif à l'application des articles R. 112-2 à R. 112-4 du code de la Construction et de l'habitation (termites).
DTU Règles CB 71 : Charpentes en bois.
DTU 31-2 : Construction de maisons et bâtiments à ossature en bois.
NF EN 335-1, 2 et 3 : Durabilité du bois et des matériaux dérivés du bois - Définition des classes d'emploi.
NF EN 351-1 et 2 : Durabilité du bois et des produits à base de bois.
NF B52-001 : Règles d'utilisation du bois dans la construction.
NF P21-400 : Bois de structure et produits à base de bois.
Transformation d'une charpente pour aménagement de combles
Constat
Rendre habitables des combles perdus représente une intervention lourde et à haut risque.
Ces travaux peuvent entraîner des déformations des charpentes, des couvertures, des planchers créés, des cloisons du rez-de-chaussée…
Ces désordres sont généralement graves et peuvent aller jusqu'à l'effondrement des planchers créés et des charpentes modifiées.
Diagnostic
Les désordres ont pour cause l'ignorance des contraintes nouvelles qui résultent de la modification des hypothèses de calcul d'origine, ainsi que de défauts variés de mise en œuvre.
Des défauts de renforcement
Des éléments porteurs
Les fermettes industrielles sont reliées entre elles par des entretoises, des contreventements et des barres anti-flambement qui assurent la stabilité de l'ensemble.
Pour rendre habitables ces combles perdus, il faut supprimer toutes les barres encombrant le volume central et créer un plancher porteur.
La suppression des barres en volume central avant renforcement des fermettes provoquera leur ruine ou, à défaut, de graves déformations généralement impossibles à reprendre ultérieurement. Certaines barres raidissent notamment l'arbalétrier. Avant de les supprimer, il faut renforcer les arbalétriers existants au risque de les voir fléchir.
Aux points singuliers
Des précautions doivent également être prises lors de la création des trémies nécessaires à l'escalier d'accès aux combles, aux lucarnes ou aux fenêtres de toit. Pour les réaliser, il est nécessaire de sectionner l'entrait ou l'arbalétrier d'une fermette existante.
Des chevêtres nouveaux reportent alors les charges sur les deux fermettes voisines. Celles-ci risquent de s'affaisser si elles ne sont pas suffisamment renforcées.
Des malfaçons diverses
Les assemblages : tiges filetées passant dans des percements trop grands, clous et vis en nombre insuffisant, trop courts ou mal implantés (trop près du bord), etc. Le jeu ainsi provoqué dans les assemblages risque d'entraîner des déformations de structures qui s'additionnent aux déformations existantes des fermettes.
La fixation des poutres longitudinales, sans pénétration dans les pignons maçonnés, est aussi particulièrement risquée.
De nouvelles solives sous-dimensionnées ou non-entretoisées. Le nouveau plancher risque alors de s'affaisser. Ce risque existe également si les solives sont en appui sur des éléments déformables comme une poutre longitudinale mal conçue ou mal réalisée, par exemple. L'affaissement du plancher peut entraîner des fissurations et même l'effondrement du plafond sous-jacent, le flambement et la fissuration des cloisons de l'étage inférieur, la fissuration des cloisons des combles, etc. Les pignons maçonnés en parpaings creux peuvent aussi se fissurer par traction.
Les bonnes pratiques
Concevoir la transformation comme s'il s'agissait d'une nouvelle charpente.
La transformation d'une charpente nécessite une très bonne connaissance des structures et des charpentes. Elle exige de vérifier par le calcul tous les points clés, en ayant recours à un BET spécialisé intégrant dans certaines régions le risque sismique.
Contrôler la bonne exécution de chaque phase avant de passer à la suivante.
Le phasage des travaux doit permettre de préserver la stabilité de l'ouvrage à chaque instant du chantier. Par exemple, il ne faut pas supprimer les contreventements d'origine avant d'avoir mis en place les nouveaux ou, le cas échéant, des contreventements provisoires.
Utiliser des bois de qualité.
Les bois et panneaux de plancher utilisés doivent être secs et préservés des reprises d'humidité en cours de chantier. La qualité des bois doit garantir leur tenue.
Veiller de très près à la bonne exécution des assemblages.
Les assemblages sont fortement sollicités. Leur faiblesse entraîne la fragilisation de toute la charpente.
L'essentiel
Recourir systématiquement à un nouveau calcul de résistance et de stabilité par un BET spécialisé.
Préserver la stabilité de l'ouvrage en contrôlant chaque phase du chantier.
Apporter un soin particulier aux assemblages, fortement sollicités.
À consulter
DTU 31.3 : Charpentes en bois assemblées par connecteurs métalliques ou goussets.
DTU Règles CB 71 : Charpentes en bois - Règles de calcul et de conception.
DTU Règles N 84 : Action de la neige sur les constructions.
NF P21-400 : Bois de structure et produits à base de bois.
Fiches détails
Assemblages défectueux de pièces de charpentes
Désordre
Déformation importante de la charpente et des ouvrages qu'elle porte (couverture et plancher sur entraits).
Diagnostic
Outre les sections des bois qui sont insuffisantes, aucun calcul n'ayant été effectué, les assemblages entre fermes conservées et pièces de renforts rapportées sont défectueux :
•Boulons non serrés (les écrous peuvent être resserrés à la main).
•Absence de calage entre pièces qui ne sont pas en contact.
•Absence de rondelle entre écrou et bois.
•Nombre de points de fixations entre pièces existantes et pièces rapportées insuffisants.
Préconisation
La transformation d'une charpente est un travail délicat qui nécessite une étude préalable sérieuse. Au stade de l’exécution, soigner les assemblages entre charpente conservée et pièces de renforts rapportées, ce afin que soient bien transmis à celles-ci les efforts pour lesquels elles ont été calculées.
Attaque de charpente par condensation excessive
Désordre
Développement de moisissures et de champignons sur la charpente traditionnelle en bois résineux et plus particulièrement les pannes dans la partie perdue du comble voisine du caisson d'extraction de la VMC collective.
Diagnostic
Le caisson de rejet de la VMC n'est pas raccordé à la sortie de toiture constituée d'un chapeau plat en tôle ce qui entraîne le refoulement à l'intérieur du comble de l'air chaud et humide extrait des appartements de l'immeuble. Il se produit ainsi, par temps froid, une condensation importante à la sous face des bacs aciers non isolés et un ruissellement continu sur les pannes de la charpente.
Préconisation
Les rejets de caisson de VMC doivent toujours être raccordés de manière étanche sur des sorties de toiture adaptées aux dimensions du conduit de rejet, et évitant le refoulement sous l'action des vents extérieurs.
Défaut d'assemblage bois / bois d'une charpente bois exposée aux intempéries
Désordre
Développement de champignons lignivores au droit d'un assemblage poteau / contrefiche exposé aux intempéries.
Diagnostic
Cause : Le champignon lignivore se développe en présence d'humidité permanente au droit de l'assemblage.
Origine : défaut de drainage de l'assemblage.
Préconisation
Un percement en fond de mortaise aurait permis à l'eau arrivant des contrefiches de s'évacuer.
Encore faudrait-il que les peintures extérieures (réalisées par le client) n'aient pas bouché l'orifice d'évacuation.
Défaut d'assemblage bois / support d'une charpente bois exposée aux intempéries
Désordre
Pourrissement du bois en contact direct avec le poteau béton.
Diagnostic
Cause : L'humidité persistante au droit de l'assemblage bois / béton conduit au pourrissement des pièces de bois.
Origine : défaut d'assemblage entre les pièces de bois et le poteau en béton.
Préconisation
Le poteau doit être plus court.
Une ferrure métallique doit :
-Faire le lien mécanique entre le poteau béton et la ferme bois,
-Permettre la ventilation de la sous face des pièces de bois.
Défaut d'assemblage de fermettes multiples
Désordre
Ce type de désordre a souvent des conséquences dommageables sur la tenue des joints avec bandes de jonction des plaques de plâtre du plafond suspendu.
Contrairement aux fermettes courantes , les fermettes doublées ou triplées sont fortement chargées par :
-des empannons supports de la couverture d'une croupe,
-des fermes de 5 à 6 m de portée perpendiculaire à celle des fermettes multiples pour les maisons en L ou en Y.
Diagnostic
L'assemblage des fermettes multiples est défaillant.
La fermette la plus chargée fléchit et induit des tensions dans les suspentes , rails et plaques de plâtre cartonnées du plafond suspendu .
Ces tensions sont préjudiciables à la pérennité de l'assemblage des plaques de BA13 par bandes à joints collées .
Préconisation
Marier les fermettes multiples par la mise en oeuvre de l'un des assemblages efficaces suivants :
- fixations par clous crantés d'une longueur au moins égale au 2/3 des épaisseurs de bois à assembler à raison de 1 tous les 10 cm en quinconces .
Déformation de plafond
Désordre
Le plafond en plaques de plâtre, fixé sous les entraits par l'intermédiaire d'une ossature secondaire métallique, présente 2 lignes de fissurations sur des joints de plaques perpendiculaires aux fermettes. Dans le séjour traversant le plafond s'est affaissé de plus de 2 cm, et s'est brisé sur la cloison parallèle aux façades.
Diagnostic
Un seul type de fermettes a été mis en oeuvre au lieu de deux. Au droit de l'auvent les fermettes conçues pour prendre appuis par leurs extrémités reposent en fait par l'entrait, entre 2 noeuds, sur le mur de façade en retrait.
Il manque donc une jambe de force pour transférer les charges de l'arbalétrier directement sur l'appui. Ce défaut engendre une flexion non maîtrisée des entraits de cette zone, et donc une déformation généralisée du plafond sur tout le rez-de-chaussée.
Préconisation
Il fallait concevoir et mettre en œuvre deux types de fermettes, un pour chaque cas de portée entre appuis. C'est non seulement le respect des règles de calcul mais aussi de simple bon sens.
Fermettes et flèches différentielles
Désordre
De part et d'autre du retour de mur de l’entrée, des micros fissures atteignent les bandes entre plaques de plâtre BA13 du plafond suspendu.
Diagnostic
Voir l'explication par le calcul dans la fiche graphique.
Sous charges normales de vent et neige, les fermettes de la charpente ont une flèche admissible de 1/400ième de la portée.
Au droit du retour de maçonnerie, les joints entre plaque de plâtre de BA13 ne supportent pas les tensions dans les plaques dues aux flèches différentielles des fermettes en W d'un côté et tronquée côté retour de maçonnerie.
Préconisation
Les fermettes de rigidité différente doivent être "mariées" :
En préventif, le fabricant de charpente prévoit des montants verticaux sur les fermettes en W afin de réaliser une croix de SAINT ANDRE entre les fermettes et troquées et les autres.
En préventif et/ou en curatif, 3 chevrons couturent les entraits et reprennent 2 à 3 fermettes de part et d'autre du retour de maçonnerie.
Flambement de fermettes industrielles
Désordre
Les arbalétriers des fermettes industrielles (portée = 18 mètres) présentent une déformation plus ou moins accentuée perpendiculairement à leur plan, entraînant des affaissements localisés sur la couverture constituée de plaques de fibrociment.
Diagnostic
Le désordre s'explique par le phénomène de flambement généré par l'effort de compression transitant dans les arbalétriers. Les lisses d'anti flambement sous arbalétriers sont insuffisantes, tant en nombre qu'en dimension.
Les arbalétriers ont une épaisseur de 36 mm, alors que le DTU 31.3 envisage des épaisseurs de 47 mm ou des jumelages de deux fermettes de 35 mm (pour des portées supérieures à 15 mètres).
Préconisation
Respecter le DTU 31.3 de Mai 1995 (Charpentes en bois assemblées par connecteurs métalliques ou goussets). L'article 4.5 du DTU31.3 (Partie1 - Règles de mise en œuvre) fournit par exemple les sections minimales pour les lisses d'anti flambement en fonction de l'entraxe des fermettes. (Section recommandée de 36x72 au lieu de 30x70 mis en place dans le cas présent)
Mouvement de charpente
RETOUR ACCUEIL
Désordre
Lors de forts coups de vent des bruits de grincements sont perceptibles dans les combles. Le maître d’ouvrage, inquiet, signale l’apparition de fissurations en plafonds et sur les cloisons des combles aménagés durant la première année après la réception des travaux.
Diagnostic
Toutes ces fissurations sont dues à une déformation de la charpente survenue après l’achèvement de la construction. En effet, l’examen effectué en combles perdus révèle que les barres de contreventement et anti flambement n’ont pas été posées.
De ce fait les fermettes se déforment par flambement (flexion latérale) et tendent à se renverser contre les pignons en maçonnerie.
Préconisation
Toutes les charpentes doivent être auto stables sans le recours aux pignons en maçonnerie. Et les bois composant les fermettes industrielles, de faibles sections, doivent être rigidifiés pour ne pas se déformés sous charge.
Pour cela il est indispensable de respecter la NF P 21-203-1 (DTU 31.3) Charpente assemblées par connecteurs métalliques, et le plan de pose fourni par le fabricant de la charpente. Ces documents précisent la position de toutes les barres qui doivent liaisonner les fermettes entre elles et qui sont ajoutées sur chantier.